5.1砂石樁ppt課件

,第五章擠密樁法,地基處理,5.1砂石樁法5.2石灰樁法5.3土與灰土擠密樁法5.4夯實水泥土法5.5水泥粉煤灰碎石樁法,主要內容,擠密樁法：是以振動、沖擊或帶套管等方法成孔，然后向孔中填入砂、石、土（或灰土、二灰、水泥土）、石灰或其它材料，再加以振實而成為直徑較大樁體的方法。擠密樁屬于柔性樁，而木樁、鋼筋混凝土樁和鋼樁屬于剛性樁，兩者的區(qū)別如表5-1所示。,擠密樁法的概念,擠密樁主要靠樁管打入地基時對地基土的橫向擠密作用，在一定的擠密功能作用下土粒彼此移動，小顆粒填入大顆粒的孔隙，顆粒間彼此緊靠，孔隙減小，此時土的骨架作用隨之增強，從而使土的壓縮性減小、抗剪強度提高。由于樁身本身具有較高的承載能力和較大的變形模量，且樁體斷面較大，約占松軟土加固面積的20%30%左右，故在粘性土地基加固時，樁體與樁周土組成復合地基，可共同承擔建筑物的荷載。,擠密樁法的原理,5.1砂石樁法,碎石樁、砂樁和砂石樁總稱為砂石樁，又稱粗顆粒土樁，是指采用振動、沖擊或水沖等方式在軟弱地基中成孔后，再將碎石、砂或砂石擠壓入已成的孔中，形成砂石所構成的密實樁體，并和原樁周土組成復合地基的地基處理方法。,5.1.1概述,洛陽鏟成孔振動沉管成孔錘擊沉管成孔,樁孔垂直度偏差1.5%；孔的中線偏差樁距設計值的5%,砂石樁適用于擠密松散砂土、粉土、粘性土、素填土、雜填土地基。對飽和粘土地基上對變形控制要求不嚴的工程也可采用砂石樁置換。砂石樁也可用于處理可液化地基。振動水沖法是1937年由德國凱勒公司設計制造出的具有現(xiàn)代振沖器雛形的機具，用來擠密砂土地基獲得成功。20世紀60年代初，振沖法在德國開始用來加固粘性土地基，由于填料是碎石，故稱為碎石樁，之后，在各國推廣應用。,砂石樁法,沉管法,干振法,振沖擠密法,振沖擠密法,沉管法,DZ50型樁機,砂石樁法加固砂性土地基的主要目的是提高地基土承載力、減少變形和增強抗液化性。砂石樁加固砂土地基抗液化的機理主要有下列三方面作用：擠密作用砂土和粉土屬于單粒結構，其組成單元為松散粒狀體，滲透系數(shù)大，一般大于10-4cm/s。單粒結構在松散狀態(tài)時，顆粒的排列位置是極不穩(wěn)定的，在動力和靜力作用下會重新進行排列，趨于較穩(wěn)定的狀態(tài)。即使顆粒的排列接近較穩(wěn)定的狀態(tài)，在動力和靜力作用下也將發(fā)生位移，改變其原來的排列位置。松散砂土在振動力作用下，其體積可減少20%。,5.1.2加固機理,1.對松散砂土和粉土的加固機理,排水減壓作用對砂土液化機理的研究證明，當飽和松散砂土受到剪切循環(huán)荷載作用時，將發(fā)生體積的收縮和趨于密實，在砂土無排水條件時體積的快速收縮將導致超靜孔隙水壓力來不及消散而急劇上升。當砂土中有效應力降低為零時便形成了完全液化。碎石樁加固砂土時，樁孔內充填碎石（卵石、礫石）等反濾性好的粗顆粒料，在地基中形成滲透性能良好的人工豎向排水減壓通道，可有效地消散和防止超孔隙水壓力的增高和砂土產生液化，并可加快地基的排水固結。,砂基預震效應美國H.B.Seed等人（1975）的試驗資料表明，相對密度Dr=0.54但受過預震影響的砂樣，其抗液能力相當于相對密度Dr=0.8的未受過預震的砂樣。即在一定應力循環(huán)次數(shù)下，當兩試樣的相對密度相同時，要造成經過預震的試樣發(fā)生液化，所需施加的應力要比施加未經預震的試樣引起液化所需應力值提高46%。從而得出了砂土液化特性除了與砂土的相對密度有關外，還與其振動應變史有關的結論。國外報道中指出只要小于0.074mm的細顆粒含量不超過10%，都可得到顯著的擠密效應。根據(jù)經驗數(shù)據(jù)，土中細顆粒含量超過20%時，振動擠密法對擠密而言不再有效。,置換作用密實的砂石樁在軟弱粘性土中取代部分軟弱粘性土，形成復合地基，使承載力有所提高，地基沉降減少。載荷試驗和工程實踐證明，砂石樁復合地基承受外荷載時，發(fā)生壓力向砂石樁集中的現(xiàn)象，使樁周圍土層承受的壓力減少，沉降也相應減小。砂石樁復合地基與天然軟弱粘性土地基相比，地基承載力增大率和沉降減小率與置換率成正比關系。根據(jù)日本的經驗，地基沉降減少70%-90%；根據(jù)我國在淤泥質亞粘土和淤泥質粘土中形成的砂石樁復合地基的載荷試驗，在同等荷載作用下，其沉降可比天然地基減少20%-30%。,2.對粘性土的加固機理,排水作用如果在選用砂石樁材料時考慮級配，則所制成的砂石樁是粘土地基中一個良好的排水通道，它能起到排水砂井的效能，且大大縮短了孔隙水的水平滲透途徑，加速軟土的排水固結，使沉降穩(wěn)定加快?？傊?，砂石樁作為復合地基的加固作用，除了提高地基承載力、減少地基的沉降量外，還可用來提高土體的抗剪強度，增大土坡的抗滑穩(wěn)定性。國外通常將這類加固歸屬于“加筋法”范疇。不論對疏松砂性土或軟弱粘性土，砂石樁的加固作用有：擠密、置換、排水、墊層和加筋。,1.處理范圍砂石樁處理范圍應根據(jù)建筑物的重要性和場地條件及基礎型式而定，通常都大于基底范圍。處置寬度宜在基礎外緣擴大13排樁；對可液化地基，在基礎外緣擴大寬度應不小于可液化土層厚度的1/2，并不應小于5m。2.樁位布置砂石樁樁位宜采用等邊三角形或正方形布置。對大面積滿堂處理，樁位宜用等邊三角形布置；對獨立或條形基礎，樁位宜用正方形、矩形或等腰三角形布置；對于圓形或環(huán)形基礎（如油罐基礎）宜用放射形布置，如圖5-1。,5.1.3設計計算,3.樁長砂石樁樁長可根據(jù)工程要求和工程地質條件通過計算確定：當松軟土層厚度不大時，砂石樁樁長宜穿過松軟土層；當松軟土層厚度較大時，對按穩(wěn)定性控制的工程，砂石樁樁長應不小于最危險滑動面以下2m的深度；對按變形控制的工程，砂石樁樁長應滿足處理后地基變形量不超過建筑物地基的容許變形值并滿足下臥層承載力的要求；,對可液化地基，砂石樁樁長應按現(xiàn)行國家標準建筑抗震設計規(guī)范（GB50011-2001）的有關規(guī)定采用；樁長不宜短于4m。4.樁徑砂石樁直徑可采用300-800mm，可根據(jù)地基土質情況或成樁設備等因素確定。對飽和粘性土地基宜選用較大的直徑。5.樁間距砂石樁間距應通過現(xiàn)場試驗確定。對粉土和砂土地基不宜大于砂石樁直徑的4.5倍；對粘性土地基不宜大于砂石樁直徑的3倍。初步設計時，砂石樁的間距可按下列公式估算:,松散粉土和砂土地基建筑地基處理技術規(guī)范（JGJ79-2002）規(guī)定，按下列公式確定樁間距：正方形布樁:正三角形布樁:,粘性土地基建筑地基處理技術規(guī)范（JGJ79-2002）規(guī)定，按下列公式確定樁間距：正方形布樁:正三角形布樁:,6.樁體材料砂石樁樁體材料可就地取材，一般可用碎石、卵石、角礫、圓礫、礫砂、粗砂、中砂或石屑等硬質材料，含泥量不得大于5%。最大粒徑不宜大于50mm。7.填料量砂石樁樁孔內的填料量應通過現(xiàn)場試驗確定，估算時可按設計樁孔體積乘以充盈系數(shù)確定，可取1.2-1.4。如施工中地面有下沉或隆起現(xiàn)象，則填料量應根據(jù)現(xiàn)場具體情況予以增減。8.墊層砂石樁施工完畢后，砂石樁頂部宜鋪設300-500mm厚度的砂石墊層。墊層應分層鋪設，用平板振動器振實。在不能保證施工機械正常行駛和操作的軟弱土層上，應鋪設施工用臨時性墊層。,9.砂石樁復合地基承載力特征值砂石樁復合地基承載力特征值應通過現(xiàn)場復合地基荷載試驗確定，初步設計時也可采用單樁和處理后樁間土承載力特征值按下式估算：對小型工程的粘性土地基如無現(xiàn)場載荷試驗資料時，初步設計時復合地基的承載力特征值也可按下式估算：,10.穩(wěn)定性分析若砂石樁用于改善天然地基整體穩(wěn)定性時，可利用復合地基的抗剪特性，再使用圓弧滑動法進行計算。11.沉降計算砂石樁處理地基的沉降變形包括復合地基加固區(qū)的沉降變形和下臥層的沉降變形兩部分。砂石樁處理地基的沉降變形應按現(xiàn)行國家標準建筑地基基礎設計規(guī)范（GB50007-2002）的有關規(guī)定計算。復合土層的壓縮模量可按下式計算：,例5-1某砂土地基，e0=0.902，emax=0.978，emin=0.742，該地基擬采用擠密碎石樁加固，正三角形布樁，擠密后要求砂土相對密度Dr=0.886，求碎石樁間距（=1.0，樁徑0.4m)。,解：,地基擠密后達到的孔隙比e1：,樁間距：,例5-2某天然地基fsk=100kPa，采用振沖擠密碎石樁復合地基，樁長l=10m，樁徑d=1.2m，按正方形布樁，樁間距s=1.8m，單樁承載力特征值fpk=450kPa，樁設置后，樁間土承載力提高20%，試求復合地基承載力特征值。,解：,等效圓直徑：,面積置換率：,復合地基承載力特征值：,例5-3振沖碎石樁樁徑0.8m，正三角形布置，樁距2.0m，復合地基承載力特征值為200kPa，樁間土承載力特征值為150kPa，試求樁土應力比。,復合地基承載力特征值：,等效圓直徑：,面積置換率：,解：,砂石樁施工可以采用振沖法、沉管法、沖擊法、振動法等。下面主要介紹以下兩種施工方法：振沖法和沉管法。1.振沖法振沖法是指在振沖器和高壓水的共同作用下，使松砂土層振密，或在軟弱土層中成孔，然后回填碎石等粗粒料形成樁柱，并和原地基組成復合地基的處理方法。振沖法適用于處理砂土、粉土、粉質粘土、素填土和雜填土等地基。對于處理不排水抗剪強度不小于20kPa的飽和粘性土和飽和黃土地基，應在施工前通過現(xiàn)場試驗確定其適用性。,5.1.4施工,施工機具振沖器是振沖法施工的主要機具，國內常用的振沖器型號見表5-2。,施工步驟a.清理平整場地，布置樁位；b.施工機具就位，使振沖器對準樁位；c.啟動水泵和振沖器，水壓可用200-600kPa，水量可用200-400L/min，將振沖器徐徐沉入土中，造孔速度宜為0.5-2.0m/min，直至達到設計深度。記錄振沖器經各深度的水壓、電流和留振時間。d.造孔后邊提升振沖器邊沖水至孔口，再放至孔底，重復2-3次擴大孔徑并使孔內泥漿變稀，開始填料制樁。,e.大功率振沖器投料不提出孔口，小功率振沖器下料困難時，可將振沖器提出孔口投料，每次填料厚度不宜大于50cm。將振沖器沉入填料中進行振密制樁，當電流達到規(guī)定的密實電流值和規(guī)定的留振時間后，將振沖器提升30-50cm。f.重復以上步驟，自下而上逐段制作樁體直至孔口，記錄各段深度的填料量、最終電流和留振時間，并均應符合設計規(guī)定。g.關閉振沖器和水泵。,施工順序施工順序見圖5-5。,（a）由里向外（b）一邊向另一邊（c）間隔跳打（d）減少對臨近建筑物的影響,施工要點a.為了保證樁頂部的密實，振沖前開挖基坑時應在樁頂高程以上預留一定厚度的土層。一般30kW振沖器應留0.7-1.0m，75kW振沖器應留1.0-1.5m，當基槽不深時可振沖后開挖。b.不加填料振沖加密宜采用大功率振沖器，為了避免造孔中塌砂將振沖器抱住，下沉速度宜快，造孔速度宜為8-10m/min，到達深度后將射水量減至最少，留振至密實電流達到規(guī)定值時，上提0.5m，逐段振密至孔口，一般每米振密時間約1分鐘。在粗砂中施工如遇下沉困難，可在振沖器兩側增焊輔助水管，加大造孔水量，但造孔水壓宜小。c.要保證振沖樁的質量，必須控制好密實電流、填料量和留振時間。,沉管法過去主要用于制作砂樁，近年來已開始用于制作碎石樁，這是一種干法施工。沉管法包括振動沉管成樁法和錘擊沉管成樁法兩種。垂直上下振動的機械施工稱為振動沉管成樁法，用錘擊式機械施工成樁的稱為錘擊沉管成樁法，錘擊沉管成樁法的處理深度可達10m。當用于消除粉細砂及粉土液化時，宜用振動沉管成樁法。施工機具砂石樁機（圖5-6）通常包括樁機架、樁管及樁尖、提升裝置、擠密裝置（振動錘或沖擊錘）、上料設備及檢測裝置等部分。,2.沉管法,DZ50型樁機,施工步驟a.振動法施工有一次拔管法，逐步拔管法和重復壓拔管法三種，比較常用的是重復壓拔管法。其成樁步驟如下：1)移動樁機及導向架，把樁管及樁尖對準樁位；2)啟動振動錘，把樁管下沉到規(guī)定的深度；3)向樁管內投入規(guī)定數(shù)量的砂石料；4)把樁管提升一定的高度（下砂石順利時提升高度不超過1-2m），提升時樁尖自動打開，樁管內的砂石料流入孔內；5)降落樁管，利用振動及樁尖的擠壓作用使砂石密實；6)重復d、e工序，樁管上下運動，砂石料不斷補充，砂石樁不斷增高；7)樁管提至地面，砂石樁完成。,b.錘擊法施工有單管法和雙管法兩種，但單管法難以發(fā)揮擠密作用，故一般宜用雙管法。雙管法的施工根據(jù)具體條件選定施工設備，也可臨時組配。其施工成樁過程如圖5-7所示：,1)將內外管安放在預定的樁位上，將用作樁塞的砂石投入外管底部；2)以內管做錘沖擊砂石塞，靠摩擦力將外管打入預定的深度；3)固定外管將砂石塞壓入土中；4)提內管并向外管投入砂石料；5)邊提外管邊用內管將砂石沖出擠壓土層；6)重復4)、5)工序；7)待外管拔出地面，砂石樁完成。其他施工控制和檢測記錄參照振動法施工的有關規(guī)定。此法優(yōu)點是砂石的壓入量可隨意調節(jié)，施工靈活，特別適合小規(guī)模工程。,施工順序對砂土地基，砂石樁主要起擠密作用，應間隔（跳打）進行，并宜由外圍或兩側向中間推進；對粘性土地基，砂石樁主要起置換作用，為了保證設計的置換率，宜從中間向外圍或隔排施工；在既有建（構）筑物鄰近施工時，為了減少對鄰近既有建（構）筑物的振動影響，應背離建（構）筑物方向進行。施工要點a.施工時樁位水平偏差不應大于0.3倍套管外徑；套管垂直度偏差不應大于1%。b.施工中應選用能順利出料和有效擠壓孔內砂石料的樁尖結構。當采用活瓣樁靴時，對砂土和粉土地基宜選用尖錐形；對粘性土地基宜選用平底形；一次性樁尖可采用混凝土錐形樁尖。,c.應在施工中進行詳細的觀測和記錄。觀測內容包括樁管下沉隨時間的變化；灌砂石量預定數(shù)量與實際數(shù)量；樁管提升和擠壓的全過程（提升、擠壓、砂石樁高度的形成隨時間的變化）等。d.砂石樁施工完畢，當設計或施工投砂石量不足時地面會下沉；當投料過多時地面會隆起，同時表層0.5-1.0m常呈松軟狀態(tài)。e.砂石樁頂部施工時，由于上覆壓力較小，因而對樁體的約束力較小，樁頂形成一個松散層，加載前應加以處理（挖除或碾壓）才能減少沉降量，有效地發(fā)揮地基作用。,單樁和復合地基載荷試驗在實際工程中，單樁和復合地基載荷試驗是檢驗加固效果和工程質量的一種有效而常用的方法。一般可分為工程類載荷試驗和試驗類載荷試驗兩大類。工程類載荷試驗是對工程質量和效果的檢驗，其檢測數(shù)據(jù)不直接作為設計的依據(jù)，只是用以判斷設計方案的正確性和施工質